Generische Vorhersage von Fertigungsmerkmalen additiv herzustellender Produkte

Durch die wachsende Bandbreite und stetige Weiterentwicklung additiver Fertigungsverfahren stellt die Entscheidung für eine additive Fertigung und die Beurteilung von Bauteilgeometrien im Hinblick auf die Herstellkosten eine Herausforderung in den frühen Phasen des Produktentwicklungsprozesses dar. Neben verfahrensspezifischen Kosten für Vor- und Nachbereitungen des Bauprozesses werden Herstellkosten durch den Materialverbrauch und die für den Bauprozess notwendige Zeit beeinflusst. Im Rahmen der Arbeit wird untersucht, inwieweit sich Erkenntnisse zur additiven Fertigung verschiedener Verfahren innerhalb eines CAD-Systems bereits aus den 3D-Daten eines Bauteils ableiten lassen. Ein besonderes Augenmerk liegt hierbei auf der unmittelbaren und schnellen Vorhersage zeit- und materialabhängiger Faktoren, die eine kostengerechte Bauteilgestaltung ermöglichen. Für die Vorhersage erfolgt eine Abstrahierung des 3D-Modells innerhalb eines CADProgramms durch den Zugriff auf die Modelldaten Volumen, Oberfläche und Bauteilhöhe. Hierbei werden mehrere Ansätze zur Abstrahierung erarbeitet, die auf Grundgedanken der Fraktalen Geometrie basieren. Parametrische Ansätze zur Berechnung des Materialverbrauchs und der Fertigungszeit werden auf die Abstrahierung angewendet. Hierbei werden beschleunigte Bewegungen, Schichtdicken, Wandstärken und weitere verfahrensspezifische Parameter berücksichtigt. Am Beispiel des additiven Fertigungsverfahrens Fused Deposition Modeling wird die Vorhersage validiert. Die Algorithmen ermöglichen der/dem Konstrukteur/in eine kontinuierliche Rückmeldung zur aktuellen Bauteilgeometrie im Hinblick auf Merkmale verschiedener additiver Fertigungsverfahren und leisten damit einen maßgeblichen Beitrag zur interaktiven und kostengerechten Bauteilgestaltung. Weiterhin liefern die Algorithmen Zusammenhänge in Form von algebraischen Gleichungen, die bei der Auswahl, Planung und Optimierung von Bauteilgeometrien und Fertigungsprozessen Unterstützung bieten. Mithilfe der Erkenntnisse werden neben der Entscheidung für oder gegen eine additive Fertigung auch solche zur Auswahl eines Verfahrens, dessen Fertigungsparameter und zur Anpassung von Bauteilgeometrien unterstützt.